JP4478625B2 - 厚膜誘電体パターンの製造方法、及び、画像表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

電子放出部材が配置される基板上に配される絶縁体パターンや、複数の配線間に配置される層間絶縁層パターン、プラズマディスプレイなどのように基板上に形成された隔壁パターンや、誘電体パターン、回路基板などのように、基板上に形成された絶縁体パターンといった厚膜誘電体パターンの製造方法、及び、画像表示装置の製造方法に関する。

各種ディスプレイを構成する誘電体パターンにおいて、所望の絶縁性を得るべく厚膜に形成される厚膜誘電体パターンの製造方法としては、例えば特許文献１に開示されているような感光性ペーストを用いた方法が挙げられる。当該方法は、基板上に付与した感光性ペースト層に対して、複数回露光を行って、現像、焼成する、或いは、基板上に感光性ペーストを付与して露光、現像する工程を複数回繰り返すことにより、パターンエッジに焼成残渣がなく、焼成によるパターン収縮の少ない高精細な部材パターンを得る方法である。

しかしながら、特許文献１に記載の方法は、露光を複数回行うことから、各露光時の位置合わせが煩雑である。また、より一層の立体形状（エッジ部の順テーパー形状と表面部のフラット性）の改善を図り、安定化した厚膜誘電体パターンを工程数を増加することなく製造する方法が望まれている。

特開２００３−１９５５１３号公報

本発明の課題は、厚膜誘電体パターンを少ない工程数でより高いパターン精度で製造する方法を提供することにあり、さらには、立体形状（エッジ部の順テーパー形状と表面部のフラット性）に優れ、安定化した厚膜誘電体パターンの製造方法を提供することにある。

本発明の第一は、基板上に配置された厚膜誘電体パターンの製造方法において、基板上に、誘電体材料を含む第一の感光性誘電体ペーストを付与し、乾燥して、第一の前駆体層を形成する工程と、前記第一の前駆体層上に、前記第一の感光性誘電体ペーストに含まれる前記誘電体材料よりも平均軟化点の高い誘電体材料を含む第二の感光性誘電体ペーストを付与し、乾燥して、第二の前駆体層を形成する工程と、前記第一の前駆体層と前記第二の前駆体層の積層体を、所定パターンのマスクを介して一括して露光し、現像して前駆体パターンを形成する工程と、前記前駆体パターンを一括焼成して厚膜誘電体パターンを形成する工程と、を有することを特徴とする。

本発明の第二は、複数の電子放出部材と、前記複数の電子放出部材をマトリクス配線した、複数の行方向配線及び複数の列方向配線と、前記行方向配線と列方向配線との間に配置された厚膜誘電体パターンとを備える画像表示装置の製造方法であって、基板上に、誘電体材料を含む第一の感光性誘電体ペーストを付与し、乾燥して、第一の前駆体層を形成する工程と、前記第一の前駆体層上に、前記第一の感光性誘電体ペーストに含まれる前記誘電体材料よりも平均軟化点の高い誘電体材料を含む第二の感光性誘電体ペーストを付与し、乾燥して、第二の前駆体層を形成する工程と、前記第一の前駆体層と前記第二の前駆体層の積層体を、所定パターンのマスクを介して、一括して露光し、現像して前駆体パターンを形成する工程と、前記前駆体パターンを一括焼成して厚膜誘電体パターンを形成する工程と、を有することを特徴とする。

本発明においては、積層体を一括露光して前駆体パターンを形成するため、露光工程が１回のみであり、高精度に露光することができる。また、当該積層体は、上層がより高温で軟化して体積収縮するため、下層の体積収縮時には上層が下層の変形抑制部材として働くため、結果としてパターンエッジ部において明らかなオーバーハング形状のない、良好な立体形状（エッジ部の順テーパー形状と表面部のフラット性）が得られる。

よって、本発明によれば、厚膜誘電体パターンを少ない工程数で高精度に効率よく提供することができ、該パターンを絶縁層として用いることにより、高品質の画像表示が可能な画像表示装置が提供される。

本発明により製造される厚膜誘電体パターンは、表面伝導型電子放出素子などのように電子放出部材が配置される基板上に配される絶縁体パターンや、複数の配線間に配置される層間絶縁層パターン、プラズマディスプレーなどのように基板上に形成された隔壁パターンや誘電体パターン、回路基板などのように基板上に形成された絶縁体のパターンなどの誘電体パターンに適用される。特に電子放出部材が配置される基板上に配される絶縁体パターンや複数の配線間に配置される層間絶縁層パターンは、その形成膜厚がおおよそ１０μｍ〜３０μｍで、また立体的形状に対する影響度も大きいという点から本発明が適用される好ましい形態である。

図１は、本発明の製造方法の一実施形態の工程を示す断面模式図である。以下に、図１に沿って本発明の各工程を詳細に説明する。

〔工程１〕
基板１上に第一の感光性誘電体ペーストを付与して乾燥し、第一の前駆体層２ａを形成する。次いで、該第一の前駆体層２ａの上に、第二の感光性誘電体ペーストを付与して乾燥し、第二の前駆体層３ａを形成する。これで、第一の前駆体層２ａと第二の前駆体層３ａの積層体４が形成される〔図１（ａ）〕。

本発明においては、上記第二の感光性誘電体ペーストに含まれる誘電体材料が、第一の感光性誘電体ペーストに含まれる誘電体材料よりも平均軟化点が高い。本発明の製造方法に用いられる感光性誘電体ペーストとしては、感光性の有機成分及び溶媒等に、酸化鉛や酸化ビスマスを主成分として単独または２種類以上添加したガラスフリットを誘電体材料として加えたものが好ましく用いられる。本発明においては、第一及び第二の感光性誘電体ペーストにそれぞれ平均軟化点の異なるガラスフリットを添加すればよく、当該ガラスフリットとしては、単独でも、或いは、平均軟化点の異なる２種類以上のガラスフリットを併用しても良い。

各感光性誘電体ペーストの付与方法としては、通常のスクリーン印刷法、バーコート法などによって５μｍ〜４０μｍと厚い膜厚に形成することができる。

〔工程２〕
工程１で形成した積層体４に、所定のパターンを有するマスク５を介して一括露光を施す。各前駆体層２ａ、３ａはそれぞれ光重合して硬化層２ｂ、３ｂからなる前駆体パターンとなる〔図１（ｂ）〕。露光は通常プロキシミティ露光装置により、所定の場所にアライメントして平行光７が所望の厚膜部材パターン９に対応するマスク５の開口部８を介して微小ギャップを経て積層体４に照射される。この時、各前駆体層２ａ、３ａは一括で露光されるため各々の潜像である硬化層２ｂ、３ｂに位置的なズレがまったく発生せず、最終的に均一な断面形状が得られる。

しかしながら、通常下方に向かうほど感光性に寄与する３６５ｎｍ付近の波長の光は材料中での吸収や散乱により減衰することで潜像幅が小さくなるので、図１（ｂ）に示すように、硬化層３ｂから２ｂに向かって潜像幅がほぼ連続的に小さくなる。

〔工程３〕
図１（ｃ）は一括現像後の状態を示す。通常、現像は未露光部に対して可溶する弱アルカリ性の溶液にて現像した後、純水のリンスにより現像を止め、エアーナイフにより水切り乾燥を実施する。本発明においては、第一の前駆体層２ａ、第二の前駆体層３ａの両層の未露光部に同時に可溶する現像液を使用して一括現像する。

〔工程４〕
前駆体パターン６を焼成する。焼成によって、前駆体パターン６の硬化層２ｂ、３ｂはそれぞれ、軟化・結合・溶融しながら流動して体積収縮する。本発明においては、硬化層３ｂに含まれる誘電体材料の平均軟化点が硬化層２ｂに含まれる誘電体材料の平均軟化点よりも高いため、先ず、硬化層３ｂに含まれる誘電体材料の平均軟化点よりも低い温度で、且つ、硬化層２ｂに含まれる誘電体材料の平均軟化点よりも高い温度において、硬化層２ｂの体積収縮が進む〔図１（ｄ）〕。硬化層２ｂの形状変化は基板１に平行な方向と膜厚方向とがあるが、この時、硬化層３ｂの体積収縮はあまり進まないため、硬化層３ｂが硬化層２ｂの変形抑制部材として働き、硬化層２ｂの体積収縮は、膜厚方向の体積収縮はそのパターンエッジが盛り上がることなく、どの場所も均一に収縮する。

焼成炉としては一般的に大気雰囲気中での熱風循環炉や、大気雰囲気中で且つエアーの強制導入下での遠赤外線ヒーター加熱方式の炉が使用することができる。

図１（ｅ）は、図１（ｄ）の状態からさらに昇温が進み、最高到達温度まで昇温して焼成した後の状態を示す図である。図１（ｄ）よりもさらに昇温し、硬化層３ｂに含まれる誘電体材料が軟化して結合し、体積収縮が始まり、該誘電体材料の軟化点まで昇温した後、数分間保持してほぼ全域で溶融した時点で降温を開始して室温まで戻すことで、完全に一体化された所望のパターンが得られる。

このようにして形成された厚膜誘電体パターン９の立体形状は、表面の平面性が確保され、特にエッジ部では下地（基板界面）から上層にかけてオーバーハング形状になることなく、きちんとした順テーパー形状が全面において形成される。

以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳しく説明する。

［実施例１］
画像表示装置用の電子放出部材が配置される電子源基板用で、上下電極間に配置する絶縁体パターンを本発明の製造方法により製造した。

基板としてはソーダ石灰ガラスを使用し、この基板上に先ず、電子放出部材とこれに接続された下電極とを形成した。下電極としては、厚さ５０ｎｍのＰｔ材料を通常一般的なフォトリソグラフィー・エッチングで所望の薄膜パターンに形成した。

次に、第一の感光性誘電体ペーストをスクリーン印刷法により成膜した。スクリーン印刷の版は所望の最終膜厚から使い分けるが、この場合はステンレス製の線径５５μｍの線材で＃１４５（２５．４ｍｍあたりの本数）のものを使用した。また、感光性誘電体ペーストとしては、単体でのガラス軟化点が約４４０℃の酸化鉛を主成分としたガラスフリット１と、単体でのガラス軟化点が約５３０℃の酸化鉛を主成分としたガラスフリット２の２種類を混合して平均軟化点が約４８０℃の誘電体材料を調整し、感光性を有する有機成分と溶媒成分を合わせて質量比が２〜４割程度含有するものを使用した。その後、溶媒を揮発させて乾燥する目的で温風とＩＲヒーターにより約１００℃、１５分程度の乾燥を実施した。乾燥後の第一の前駆体層の膜厚は約２６μｍ程度であった。

次に、上記ガラスフリット２のみを誘電体材料として用い、感光性を有する有機成分と溶媒成分を合わせて質量比が２〜４割程度含有する第二の感光性誘電体ペーストを上記第一の感光性誘電体ペーストと同様の方法で成膜し、乾燥させた。乾燥後の第二の前駆体層の膜厚は約２５μｍ程度であり、第一の前駆体層と合わせて約５１μｍの膜厚となった。

次に、所望の絶縁体パターンに対応する開口部を有するマスクを所望の場所に露光されるようにアライメントして、マスクと上記第二の前駆体層とのギャップを約１００μｍに調整して、１００ｍＪ／ｃｍ²の露光量で露光した。

露光後、第一及び第二の前駆体層の両未露光部に対して可溶する弱アルカリ性の溶液にて現像した後、純水のリンスにより現像を止め、エアーナイフにより水切り乾燥を実施して、上下の硬化層が一体化した前駆体パターンを得た。

その後、大気雰囲気下でさらにエアーを強制導入しながら段階的に加熱・冷却するＩＲヒーター加熱方式の炉により前記の上下一体化した前駆体パターンに一括して焼成を開始した。その昇温過程において、先ず４００℃程度までに二つの感光性ペースト中に残留している溶媒成分と有機成分が燃焼することで消失した。その後、さらに昇温されて下層の硬化層のガラスフリットの平均軟化点（この場合は４８０℃）より数十度低い温度付近からガラスフリットが軟化して結合し、体積収縮が始まり、さらに４８０℃を過ぎた当たりの温度で溶融しながら流動するが、この時はまだ上層の硬化層に含まれるガラスフリットの軟化点（５３０℃）よりも低い温度であるため、硬化層の体積収縮はあまり進んでいない状態であり、下層の硬化層の膜厚方向の体積収縮はエッジが盛り上がることなくどの場所も均一に収縮する。

さらに昇温が進み、上層の硬化層に含まれるガラスフリットの軟化点（５３０℃）よりも３０℃程度低い温度で、下層と同様にガラスフリットが軟化して結合し、体積収縮が始まり、次いで軟化点（５３０℃）まで昇温して１０分ほど保持し、ほぼ全域で溶融できた時点で降温を開始させて室温まで戻すことで所望の絶縁体パターンが得られた。

得られた絶縁体パターンは、膜厚が約２６μｍで、厚さ方向に約５０％収縮したが、その立体形状は表面の平面性が確保され、特にエッジ部では下地（基板界面）から上層にかけてオーバーハング形状になることなく、良好な順テーパー形状で形成されていた。

その後、この絶縁体パターン上に、上電極として、Ａｇペーストをスクリーン印刷と焼成によりスルーホールで下電極と接続するように厚さ約８μｍでパターン形成した。

以上により製造された電子源基板は、絶縁体パターンのスルーホールでの下電極と上電極の間の接続不良発生率が０．１ｐｐｍ以下であり、特開２００３−１９５５１３号公報に記載の方法で形成した際の接続不良発生率３．０ｐｐｍ程度より大幅に低下した。

［実施例２］
画像表示装置用電子源基板の列方向配線と行方向配線の層間絶縁層パターンを本発明の製造方法により製造した。

基板には低歪点ガラスＰＤ２００（旭硝子）を使用し、この基板上に先ず、行列状に複数の電子放出部材と、これら電子放出部材を列ごとに結線する複数の列方向配線とを形成した。列方向配線としては、感光性が付与された銀ペースト（ガラスフリット含）を、スクリーン印刷での全面塗布、加熱乾燥、露光、現像、焼成により厚さ約５μｍ、幅３５μｍにストライプ状にパターン形成した。

上記基板上に、実施例１と同じ第一の感光性誘電体ペーストと第二の感光性誘電体ペーストを用いて前駆体の積層体を形成した。但し、所望の膜厚を得るために、第一の感光性誘電体ペーストは、ステンレス製の線径４０μｍの線材で＃２００（２５．４ｍｍあたりの本数）の版を用い、第二の感光性誘電体ペーストはステンレス製の線径５５μｍの線材で＃１４５（２５．４ｍｍあたりの本数）の版を用い、いずれもスクリーン印刷により、成膜し、溶媒を揮発させて乾燥する目的で約１００℃、１５分程度の乾燥を実施した。乾燥後の膜厚は、第一の前駆体層が約１９μｍ程度、第二の前駆体層が約２５μｍ程度であり、積層体は合わせて約４４μｍの膜厚となった。

次に、実施例１同様に露光、現像を各々一括で実施した後、上下一体化した前駆体パターンに一括して焼成（昇温後に最高到達温度５３０℃で１０分保持）を施し、上記列方向配線を直交する複数のストライプ状の層間絶縁層パターンを得た。その結果、トータルの膜厚が約２２μｍと厚さ方向にやはり約５０％収縮したが、その立体形状は実施例１と同様に表面の平面性が確保され、またエッジ部でも下地（基板界面）から上層にかけてオーバーハング形状になることなく、良好な順テーパー形状が形成された。

その後、得られた層間絶縁層パターンの上に、上記列方向配線と直行する複数の行方向配線を形成した。行方向配線としては、Ａｇペーストをスクリーン印刷と焼成によりストライプ状にパターン形成した。尚、上記層間絶縁層には、実施例１と同様に、スルーホールが形成されており、かかるスルーホールによって、上記電子放出部材は行ごとに、行方向配線に結線される。以上のようにして、行列状の複数の電子放出部材が、互いに絶縁された列方向配線と行方向配線とによってマトリクス配線された電子源基板が形成される。

以上により製造された層間絶縁層パターンを画像表示装置用電子源基板に使用したところ、対向基板（アノード）と電子源基板のギャップが約１．５ｍｍ、１２ｋＶ、１０分間の電位差を与えた時の両基板間での異常放電の発生率は、約１／１０に低下した。特開２００３−１９５５１３号公報に記載の製造方法で層間絶縁層パターンを形成した場合の接続不良発生率３．０ｐｐｍ程度より大幅に低下した。また、本来の機能である層間絶縁層として、部分的なピンホールの発生などによる列方向配線と行方向配線の電気的な短絡という欠陥の発生率も０．３ｐｐｍ程度であり、特開２００３−１９５５１３号公報に記載の製造方法で層間絶縁層を形成した際の接続不良発生率３．０ｐｐｍ程度より約１／１０に低下した。

本発明の製造方法の好ましい実施形態の工程を示す断面模式図である。

符号の説明

１ 基板
２ａ 第一の前駆体
２ｂ 第一の硬化層
３ａ 第二の前駆体層
３ｂ 第二の硬化層
４ 積層体
５ マスク
６ 前駆体パターン
７ 平行光
８ 開口部
９ 厚膜誘電体パターン

Claims (4)

1. 基板上に配置された厚膜誘電体パターンの製造方法において、
   基板上に、誘電体材料を含む第一の感光性誘電体ペーストを付与し、乾燥して、第一の前駆体層を形成する工程と、
   前記第一の前駆体層上に、前記第一の感光性誘電体ペーストに含まれる前記誘電体材料よりも平均軟化点の高い誘電体材料を含む第二の感光性誘電体ペーストを付与し、乾燥して、第二の前駆体層を形成する工程と、
   前記第一の前駆体層と前記第二の前駆体層の積層体を、所定パターンのマスクを介して一括して露光し、現像して前駆体パターンを形成する工程と、
   前記前駆体パターンを一括焼成して厚膜誘電体パターンを形成する工程と、
   を有することを特徴とする厚膜誘電体パターンの製造方法。
2. 前記第一の感光性誘電体ペーストに含まれる前記誘電体材料と、前記第二の感光性誘電体ペーストに含まれる前記誘電体材料とが、それぞれ、単独のガラスフリット、または軟化点の異なる２種類以上のガラスフリットの混合物である請求項１に記載の厚膜誘電体パターンの製造方法。
3. 複数の電子放出部材と、前記複数の電子放出部材をマトリクス配線した、複数の行方向配線及び複数の列方向配線と、前記行方向配線と列方向配線との間に配置された厚膜誘電体パターンとを備える画像表示装置の製造方法であって、
   基板上に、誘電体材料を含む第一の感光性誘電体ペーストを付与し、乾燥して、第一の前駆体層を形成する工程と、
   前記第一の前駆体層上に、前記第一の感光性誘電体ペーストに含まれる前記誘電体材料よりも平均軟化点の高い誘電体材料を含む第二の感光性誘電体ペーストを付与し、乾燥して、第二の前駆体層を形成する工程と、
   前記第一の前駆体層と前記第二の前駆体層の積層体を、所定パターンのマスクを介して、一括して露光し、現像して前駆体パターンを形成する工程と、
   前記前駆体パターンを一括焼成して厚膜誘電体パターンを形成する工程と、
   を有することを特徴とする画像表示装置の製造方法。
4. 前記第一の感光性誘電体ペーストに含まれる前記誘電体材料と、前記第二の感光性誘電体ペーストに含まれる前記誘電体材料とが、それぞれ、単独のガラスフリット、または軟化点の異なる２種類以上のガラスフリットの混合物である請求項３に記載の画像表示装置の製造方法。

Images